Date of Award
5-2024
Document Type
Thesis
Degree Name
Master of Electrical Engineering (MEE)
Department
Electrical and Communication Engineering
First Advisor
Mahmoud F. Al Ahmad
Abstract
The importance of safety measures cannot be overstated, especially when it comes to protecting the human head. Head injuries can have severe, life-altering consequences, as the head is crucial for controlling the entire body. Unlike machines that store data, the human brain's capacity to retain thoughts and memories can be significantly affected by even a single injury. This thesis introduces a method for predicting the specific area of the head that might be injured during an impact. The prediction is based on the intensity and duration of the impact. The innovation of this thesis lies in the use of piezoelectric sensors. These sensors are highly efficient at transforming mechanical pressure into electrical signals. The system is designed with piezoelectric sensors embedded in a helmet, allowing for detailed monitoring of any impacts. In the initial testing phase, a plastic model replicating a human head was used. A set of four-channel piezoelectric sensors was strategically placed in six different locations across this model to cover the entire head. The purpose of this setup was to predict the point of impact and its duration during testing. Data processing was executed using two methods: the Flexible robust Statistics Data Analysis (FSDA) toolbox for extensive validation, and the Extreme Gradient Boosting (XGBoost) model, employing machine learning for precise impact localization. Where the peak values and duration of the impact are determined using various experiments to help identify the severity and location of the impact.
Arabic Abstract
طريقة لقياس تأثير الرأس باستخدام أجهزة استشعار كهرضغطية
لا يمكن المبالغة في أهمية تدابير السلامة، خاصة عندما يتعلق الأمر بحماية رأس الإنسان. يمكن أن يكون لإصابات الرأس عواقب وخيمة قد تغير حياة الإنسان أو تنهيها، حيث أن الرأس ه و الجزء الذي يتحكم في الجسم بأكمله. على عكس الآلات التي تخزن البيانات، فإن قدرة الدماغ البشري على الإحتفاظ بالأفكار والذكريات يمكن أن يتأثر بشكل كبير حتى بإصابة واحدة. تقدم هذه الأطروحة طريقة تحديد المنطقة المحددة من الرأس التي قد تتعرض للإصابة أثناء الاصطدام. حيث يعتمد على شدة التأثير ومدته. يكمن ابتكار هذه الأطروحة في استخدام أجهزة الإستشعار الكهرضغطية. تتميز هذه المستشعرات بكفاءة عالية في تحويل الضغط الميكانيكي إلى إشارات كهربائية. تم تصميم النظام بإستخدام أجهزة إستشعار كهرضغطية مدمجة في الخوذة، مما يسمح بمراقبة تفصيلية لأي تأثيرات قد يحدث . في مرحلة الاختبار الأولية، تم استخدام نموذج بلاستيكي يحاك ي رأس الإنسان. تم وضع مجموعة مكونة من أربع من أجهزة إستشعار الكهرضغطية بشكل استراتيجي في ستة مواقع مختلفة عبر هذا النموذج لتغطية الرأس بالكامل. كان الغرض من هذا الإعداد هو تحديد نقطة التأثير ومدته أثناء الاختبار. تم بعد ذلك تحليل البيانات التي تم جمعها من هذه الاختبارات والتحقق من صحتها باستخدام طريقتين صندوق أدوات تحليل البيانات الإحصائية القوية المرنة (FSDA)، ونموذج تعزيز التدرج الفائق (XGBoost)، الذي يستخدم التعلم الآلي أحد فروع الذكاء الاصطناعي. تضمن هذه المنهجية إجراء تقييم شامل ودقيق لقدرة الخوذة على تحديد إصابات الرأس حيث يتم تحديد قيم الذروة ومدة التأثير باستخدام تجارب مختلفة للمساعدة في تحديد شدة التأثير وموقعه.
Recommended Citation
AlNuaimi, Huda Abdulla, "HEAD IMPACT MEASUREMENT USING PIEZOELECTRIC SENSORS" (2024). Theses. 1253.
https://scholarworks.uaeu.ac.ae/all_theses/1253
